[发明专利]燃烧室壳体

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧室壳体，特别是燃气涡轮机燃烧室的壳体，其具有减少的沉积物形成和减少的热点，利于燃气涡轮发动机生命周期的增加和空气污染如氮氧化物(NOx)的进一步减少。

背景技术

众所周知，在燃气涡轮发动机内的低排放燃烧器中使用非标准液体燃料和/或误制造的燃料喷嘴能导致沉积或甚至热点，所述沉积或热点随后燃烧从而使燃烧器导管的零件(部件)变形或甚至侵蚀所述零件。

通过提供冷却空气到根据经验得知的敏感位置的反面能实现所述误操作问题的减轻。或者，在这些位置提供孔来喷出薄层冷却空气到热表面上。对于所述两种方式，所使用的空气不可用于与燃料预混合，因此在大多数类型的现代燃气涡轮发动机和其他燃烧设备中增加了NOx排放。

其他动态方法在运行过程中依靠(易失效的)传感器和气门来调整冷却，所述传感器和气门具有处于相对运动中的(易受磨损)零件之间的接触表面。

SU 726428描述了用于根据流动介质温度来控制流量的装置。

US 2 763 433描述了通过根据流过管道的排气温度关闭和打开孔口来重定向排气的L型板。

US 2 673 687描述了用于根据排气温度控制和定向热排气流动的所谓“鸭嘴”型气门。

US 4 245 778描述了用于节能的具有安装在排气罩中的双金属阻尼器元件的通风控制装置，所述双金属阻尼器元件具有不同初张力、或交替取向、或不同柔性的交替双金属簧片。

US 4 441 653描述了用于炉排气烟道的热致动阻尼器。

US 6 039 262描述了用于热流和冷却流之间的热传递应用的双金属致动器。

在前述申请中申请人描述了由内壳体和外壳体形成的燃烧室壳体的冷却通道，其中双金属元件被安置在内壳体或外壳体上的冷却通道中，用于调节冷却剂流动分配，从而用最少量的冷却剂来避免在内壳体上形成热点。

发明内容

因此，本发明的目标是提供用于减少沉积形成和减少热点以利于增加生命周期、减少燃气涡轮发动机停机时间和进一步减少空气污染如氮氧化物的新燃烧室壳体。本发明的进一步目标是提供有利的燃气涡轮发动机。

第一个目标通过如权利要求1所述的燃烧室壳体来实现。第二个目标通过如权利要求8所述的燃气涡轮发动机来解决。从属权利要求定义本发明的进一步改进。

发明性的燃烧室壳体包括内壳体、外壳体和安置在内壳体内侧上的双金属元件。

本发明利用形成双金属元件的材料的不同膨胀系数，因此加热导致双金属元件依据其排布而不同地弯曲。

根据本发明，内壳体包括带上端和下端的预燃室区域，在其中燃烧开始于燃料富集状态，所述上端被定尺寸且设置成与燃烧器头部连接。此外，双金属元件位于预燃室区域内。

在本发明的第一个有利的实施例中，双金属元件(安置在预燃室区域内)被定尺寸且设置成使预燃室的内壳体的热气侧的沉积物(如碳积聚物)碎裂。如果没有碎裂，则碳积聚物随后会开始燃烧并且使燃烧器的所述热部分变形或侵蚀所述热部分。

在另一个优选的设置中，内壳体具有形成为双金属零件并且可从过热火焰移开的唇部。所述唇部形成一种用于火焰的锚固件。预燃室内部的流动部分被压缩至小直径而燃烧腔室中的部分能够膨胀到全部有效空间。因为速度变化，火焰可接近表面高局部热传递，这由发明性的可移动零件所减少。

在一个有利的设置中，双金属唇部简单地相对于内壳体的纵向轴线径向向外弯曲并且远离热源。在另一个有利的设置中，凹槽被安置在内壳体的壁中并且位于预燃室区域的壁区域中，凹槽被定尺寸且设置成允许双金属唇部对热点的出现产生反应而朝预燃室上端的方向弯曲，从而预燃室的长度缩短，再一次移开零件远离火焰。

这些双金属唇部的设置具有不使用空气来防止热点和使碳脱落(由于几何形状的变化将使沉积物碎裂)的优点。

进一步优点是双金属元件对来自热点的热传递发生不同反应。自调节降低热点温度并且升高热壳体其余部分的温度直到两个温度互相接近对方。

使用这种调节能够减少通常“万一”零件成为热点时不得不被提供的冷却空气。因此对于相同的最高热气和材料温度，燃气涡轮机中的冷却空气总量能够被减少，同时提高循环的热效率。或者，如果被节省的冷却空气的部分被用来减低最高火焰温度，那么污染物排放能够被减少。

尽管空间安排优于任意的可调节的现有技术解决方案，本发明的燃烧室壳体的构造方法是简单和有效的，因此可变冷却能够经济地实现。